AC-børstemotorer (almindeligt kendt som enfasede universalmotorer) er meget udbredt i husholdningsapparater med høje omdrejninger, såsom støvsugere og hårtørrere. Deres stator- og rotorviklinger er serieforbundne. Selv når de forsynes med vekselstrøm (AC), der konstant skifter retning, ændrer magnetpolerne på statoren og rotoren polaritet samtidigt, hvorved en konstant retning af drejningsmomentet opretholdes.
I modsætning til de permanente magneter i DC-børstemotorer består statoren i en AC-børstemotor af et sæt elektromagnetiske spoler. Når der tilføres vekselstrøm, veksler statorelektromagnetens polaritet (N/S-poler) med vekselstrømmens retning.
Motorens serieviklede (seriemotiverede) struktur betyder, at strømmen fra vekselstrømskilden først flyder gennem statorens elektromagnetiske spoler, derefter gennem kulbørsterne og kommutatorsegmenterne ind i rotorspolerne og til sidst vender tilbage til strømforsyningen. Dette betyder, at strømmen, der flyder gennem statoren og rotoren, ændres i perfekt synkronisering.
Når vekselstrømmen ændrer sig fra positiv til negativ, vendes statorens magnetfelt (f.eks. ændrer venstre side sig fra N til S). I nøjagtig samme øjeblik vendes også strømmen, der løber gennem rotorspoler, hvilket får rotorens magnetpoler til at ændre polaritet synkront! Ifølge lovene om magnetisk tiltrækning, da begge magnetpoler vendes på samme tid, ændres retningerne for afstødning og tiltrækning ikke, og motoren fortsætter med at rotere i sin oprindelige retning!
I denne interaktive demonstration kan du se den fysiske tilstand af a en universalmotor drevet af enfaset vekselstrøm (AC 220V). Under både den positive og negative halvperiode af den sinusformede vekselstrøm vendes magnetfeltretningen for statorelektromagneten og rotorviklingens polaritet samtidigt. Dette holder det resulterende drejningsmoment roterende med uret, hvilket kombineret med den segmenterede omskiftning af kommutatoren gør det muligt for motoren at køre jævnt og med høj hastighed under AC-strøm.
Indlæser...
| Trin | AC halvperiodestatus | Statorpolaritet (Venstre/Højre) | Børste (+) kontaktseg. | Børste (-) kontaktseg. | Elektromagnetisk drejningsmomentstatus |
|---|
Statoren i en DC-børstemotor is en permanentmagnet med en fast magnetfeltretning. Hvis den tilsluttes vekselstrøm (AC), forbliver statorens magnetfeltretning uændret, når strømmen vender, men strømmen ind i rotorspolen vender, hvilket bevirker, at det elektromagnetiske drejningsmoment også vender. Som følge heraf vil motoren kun svinge eller vibrere voldsomt frem og tilbage i det 50Hz vekslende magnetfelt uden at rotere i én retning. I modsætning hertil er statoren og rotoren på en universalmotor serieforbundne, så deres polariteter vender synkront ('to minusser giver et plus'), hvilket tillader motoren at rotere jævnt i en enkelt retning.
En universalmotor (også kendt som en seriemotor) har fået sit navn, fordi den kan køre på enten enfaset vekselstrøm (AC) eller jævnstrøm (DC). Fordi dens driftsmoment kun afhænger af produktet af statorens og rotorens strømretninger, genererer tilslutning af enten jævnstrøm eller vekselstrøm drivmoment i samme retning. Den tilbyder ekstremt høje omdrejningstal, nem hastighedsregulering via spændingsregulering og er meget prisvenlig.
De er meget udbredt i husholdningsapparater og elværktøj, der kræver ekstremt høje hastigheder og et stærkt drejningsmoment i relativt korte perioder. Eksempler omfatter:
• Støvsugere: Høje hastigheder er nødvendige for at generere undertrykk til sugekraft (typisk 20.000 til 40.000 o/min).
• Hårtørrere: Hurtiggående viftehjul er nødvendige for at levere stor luftmængde.
• Håndboremaskiner og vinkelslibere: Leverer bærbar kraft med højt drejningsmoment til skæring af metal og træ.
• Blendere og foodprocessorer: Høje hastigheder er nødvendige for at knuse madfibre.
Der er to primære støjkilder:
• Højfrekvent børstefriktion: Kulbørsterne og kommutatorsegmenterne skaber intense fysiske friktionslyde og små elektriske gnistpop, når de roterer med titusindvis af omdrejninger i minuttet.
• Højhastigheds luftstrømspiben: Driftsforhold med titusindvis af omdrejninger i minuttet er langt højere end for almindelige induktionsmotorer (typisk maks. 3.000 o/min). Vingebladene eller rotorkernen, der skærer gennem luften ved sådanne hastigheder, genererer høj luftfriktion og en pibende lyd. Dette er også grunden til, at luksushårtørrere og støvsugere overgår til 'børsteløse DC-motorer med høje omdrejninger (BLDC)' for mere støjsvag drift.